輸水隧洞襯砌溫度裂縫調查及處理

董文津

(凌河保護區管理局，遼寧 朝陽縣 122629)

1 工程概況

青山水庫輸水工程全長71.02 km，其主要功能是將青山水庫的水經過輸水管線輸送至葫蘆島市開發區，以解決當地工業和生活用水問題。工程的規劃工期為28個月，概算投資4.60億元。在工程的規劃設計中，穿越圍屏山段的輸水線路采用有壓輸水隧洞工程方案，該輸水隧洞段全長2 152 m。隧洞施工采用全斷面開挖的支護的方式進行。具體的施工設計方案為：首先打入長度1 m直徑為20 mm，間距0.30 m，排距0.50 m的系統短錨桿，然后進行120 b，間距為1 m工字鋼支撐結構的安裝，其縱向連接采用槽鋼，其規格為12#，最后進行混凝土的噴掛作業，厚度設計為15 cm，標號采用C25。然后，再打長度5 m直徑為20 mm，間距0.30 m，排距0.50 m的系統長錨桿。隧洞的二次襯砌為混凝土襯砌結構設計，其中底板混凝土為C40W8F100，邊墻和拱頂部位為C30W8F100。

2 施工基本情況

在輸水隧洞的襯砌工程施工過程中，生產營地對面的3 km的場地內設置了一個HZ90混凝土攪拌站，攪拌站的設計攪拌能力和實際攪拌能力分別為每小時90 m3和55 m3，完全可以滿足施工需求。拌和好的混凝土利用9 m3的攪拌車沿施工道路進行運輸，從攪拌站到施工現場大約需要30 min。隧洞的底板和邊墻利用天泵進行混凝土的澆筑，在澆筑過程中的底板和邊墻分別利用φ100振搗棒和φ70軟軸式振搗器進行振搗，在初振完成之后30 min，再利用φ20式振搗器沿著模邊進行復振。在混凝土澆筑完成之后的24 h開始養護，養護時間為28 d。

3 襯砌裂縫調查與原因分析

3.1 襯砌裂縫調查

引水隧洞的襯砌施工始于2018年6月6日，至8月6日共計完成澆筑施工16倉，192 m，在襯砌混凝土施工養護期間，對襯砌結構進行了多次質量巡檢，并發現大部分倉號的襯砌均出現數量不等的裂縫，在襯砌的底板和邊墻部位均有分布，其寬度大都在0.05～0.20 mm之間，通過工程現場的抽樣鑿槽檢測，裂縫的深度不大，一般都在5 cm以內。根據《水工混凝土澆筑物缺陷檢測和評估技術規程》(DLT5251-2010)的分類標準，調查中發現的裂縫主要是龜裂和細微裂縫，也就是A類裂縫；還有少量的表面或淺層裂縫以及深層裂縫等B類和C類裂縫，沒有發現貫穿性D類裂縫。具體調查結果如表1所示。

表1 裂縫調查統計表

3.2 襯砌混凝土溫控情況

由于襯砌混凝土澆筑時正處于施工地區的高溫季節，為了滿足溫控設計指標要求，在混凝土的攪拌和施工過程中采取了一定的溫控措施，特別是盡量選擇夜間施工作業，如果需要在日間施工作業，則采取加冰攪拌的方式控制混凝土溫度。另一方面，為了控制澆筑完成后混凝土內部水化熱造成的溫升，在混凝土內部設置了冷卻水管，以便降低混凝土溫度裂縫發生的幾率。根據施工中的監測數據，統計獲取如表2所示的砂石骨料的溫度和表3所示的發現裂縫倉面的溫度參數。

表2 砂石骨料溫度監測數據表(單位：℃)

表3 發現裂縫倉面的溫度參數統計表(單位：℃)

3.3 裂縫原因的初步分析

結合混凝土裂縫的常見成因以及工程實際，對工程襯砌混凝土出現的裂縫原因進行初步分析，主要有以下幾個方面：一是襯砌施工中選用的高強抗沖耐磨混凝土，這種混凝土具有明顯的干縮性，容易誘發襯砌裂縫。二是襯砌混凝土在施工之后的24 h左右達到內部溫度的最大值，之后由于溫控措施的使用，后期溫度下降幅度過大，1 d之內的最高溫度下降了10～18℃，這一降幅淵源超過相應的設計標準，由于在強度較低的階段發生了較大幅度的降溫，不利于溫度裂縫的控制。三是按照相關施工規范的要求，混凝土內部的最高溫度容許值為37℃，但是根據監測數據，混凝土內部溫度的最高值遠超這一標準，與外界溫度的溫差達到20℃以上，接近設計要求的極限，不利于溫度裂縫的控制。因此，做好施工過程中的溫度控制工作，是預防襯砌混凝土裂縫產生的根本途徑。

4 裂縫的處理

4.1 修補原則

根據調查結果可以看出，輸水隧洞初襯混凝土雖然存在明顯的額裂縫，但是大多數裂縫為不需要處理的A類裂縫，對于B類和C類裂縫，則需要采取一定的處理措施。其中，B類裂縫的處理措施是表面修補封閉，C類裂縫的處理措施是進行內部化學灌漿加上表面修補封閉處理。

4.2 灌漿材料

對于C類裂縫需要進行化學灌漿，灌漿材料采用LW、HW水溶性聚氨酯化學灌漿材料，這是一種快速高效的防滲補強加固灌漿材料，已經在諸多水利工程中得到了廣泛的使用，其部分性能如表4所示。

表4 水溶性聚氨酯化學灌漿材料主要性能表

4.3 工藝流程

裂縫修補的工藝流程如圖1所示。首先，需要利用磨縫和洗縫的方式處理好需要修補的襯砌混凝土表面，為修補工作做好保障；沿裂縫的兩側5 cm布置A14斜孔，孔距為30 cm，鉆孔的角度要<45°，深度要保證穿過裂縫，但是不能打穿結構；在鉆好的孔內安裝灌漿嘴，并使用六角扳手緊固，保證不漏水；完成上述環節之后，再使用快干水泥對裂縫的表面進行封閉，保證在下一步的灌漿過程中不會出現跑漿現象；灌漿過程則采用電動灌漿機進行，灌漿壓力根據實際情況選擇0.30～0.50 MPa，在灌漿過程中，如果已經連續5 min不進漿，即可結束灌漿；在灌漿結束之后拆掉灌漿嘴，再用HK-EQ環氧膠泥封閉灌漿孔；待漿液固化之后，去除襯砌表面的灌漿漿液，并在裂縫的表面涂刷一道HK-966增厚環氧涂料，寬度掌握在5～10 cm。

圖1 化學灌漿修補工藝流程示意圖

5 結語

混凝土裂縫是長期困擾水利工程界的重要技術問題，特別是在引水隧洞施工工程中，襯砌裂縫會對工程質量以及安全穩定運行造成十分嚴重的影響。雖然襯砌混凝土裂縫產生的原因較多，但是溫度裂縫仍舊是其中最常見的類型和誘因。此次研究以具體工程為例，研究了襯砌混凝土溫度裂縫產生的主要原因，并結合工程實際提出了具體的修補技術措施，對類似工程施工具有一定的借鑒意義。但是，混凝土裂縫產生的原因較多，需要結合不同工程所處的地理環境進行具體的探索和總結，才能更有效地預防輸水隧洞襯砌裂縫，保證工程本身的質量和經濟效益。